全尺寸钻柱弯曲疲劳损伤试验研究
钻柱弯曲计算(kk)资料
qm
s in
r
)
与Dowson的处理方法相同，令： Fcr 0
1
n
n
L
qm
s in
4
8EIr
可得：
求得：
Fhel 2 2
EIqm sin
r
钻柱的纵弯（屈曲 讲
定向井中钻柱的失稳屈曲：
6. 吴疆（Jiang Wu）等人对水平井眼内钻柱曲屈的研究，得出：
Fsin 2
EIqm r
Fhel 2(2
r—视半径；r 0.5(Dh Dc )
α—井斜角；
Fcrit
2.93(
E
I
)0.479
q 0.522 m
(
s
in r
)0.436
钻柱的纵弯（屈曲 讲
定向井中钻柱的失稳屈曲：
4. 1984年Dowson首次提出倾斜井眼内钻柱发生正弦屈曲的载荷计算 公式，又称Dowson公式：
Fcr (n)
EI
Fsin 2
EIqm sin
r
这就是著名的Dowson公式，在工程上得到了广泛应用。
钻柱的纵弯（屈曲 讲
定向井中钻柱的失稳屈曲：
5. 1989年，Yu-che Chen等人，提出在斜直井眼和水平井眼中钻柱 发生螺旋屈曲的临界轴向压力计算公式：
Fcr (n)
4EI
2
L2
(n2
1 n2
L4
8 4EI
I—钻铤截面轴惯性矩ft4，；
I
64
(Dc4o
Dc4i）
r—视半径，ft ；
r 0.5(Dh Dc )
α—井斜角；
钻柱的纵弯（屈曲） 讲
定向井中钻柱的失稳屈曲：
考虑钻柱运动状态的疲劳寿命预测研究
・5 7 ・
钻井工程
天 然 气 工 业 2004 年 5 月 σ t =
D 2 po - d 2 p i D - d
2 2
它包括纵振 、 横振和扭振 ,三类振动的耦合常使钻柱 工作状况更加恶劣 ,在钻柱转动的作用下 ,有很多因 素与其振源有关 ,最常见的有以下几类振源〔8〕: 钻头 与地层的相互作用 ; 钻柱质量偏心 ; 钻柱的弹性弯曲 变形 ; 钻柱刚性的降低 ; 钻柱转速与涡动 ; 泥浆泵与 稳定器 。它们和其它几何性质将在转动过程中引起 等于或倍于转动频率的激振 , 而当其激振频率与钻 柱固有频率相当时 ,钻柱将产生较大的变形 ,从而过 早失效 。钻杆的反转运动对钻柱失效影响也较大 , 它除了引起弯曲疲劳破坏外 , 一个重要的后果就是 因长时间的反转既弯曲又敲击 ,容易使螺纹振松 ,引 起冲蚀 ,最终造成脱扣和刺扣 。有反转运动的钻杆 , 由于中间杆体接触井壁 , 使弯曲应力在体内变得比 较均匀 ,故那些应力集中比较突出的部位 ,比如加厚 段过渡区就是损坏率高的部位了 。另外 , 扶正器之 间的钻铤反转时也是两种频率 ( 自转与反转角频 率) ,它和单根钻杆的运动和受力相类似 , 所以钻铤 螺纹等应力集中严重的部位容易损坏 , 这也是钻柱 失效大都发生在钻杆的过渡带和钻铤螺纹连接处的 直接原因 。
D/ 2 R
3. 径向应力与周向应力 采用拉梅 (Lame) 公式可计算由内外压引起的径 向应力与周向应力〔9〕 σ r = ・58 ・
D po - d p i D - d
2 2 2 2 2 2 d D ( po - p i ) ( D 2 - d 2 ) r2
-
( 2) 最大弯曲应力 考虑钻柱进动对弯曲应力的影响后 , 弯曲应力 由两部分组成 ,第一项表示单纯以半径 R 进行偏心 反转产生的应力 , 第二项则反映杆件在自激横振下 10〕 产生受迫振动而引起的弯曲应力〔 。弯曲应力计 算公式中当 p 受拉时取 “+ ” ,受压时取 “- ” 。
3第4章钻柱弯曲-屈曲实验.
钻柱的纵弯（屈曲） 讲
定向井钻柱屈曲问题的试验研究
钻柱的纵弯（屈曲）
定向井钻柱屈曲问题的试验研究
斜直井眼、水平井眼钻柱稳定性的实验
屈曲失稳过程分析 ：
分为六个阶段OA，AB， BC，CD，DE和EO，其 中： OC 为加载过程，CO 为卸载过程。
压钻杆： • φ14×1.0、 • φ12×1.0、 • φ10×1.0、 • φ10×0.5、 • φ8×1.5。
• 各试件均在四种倾角下进行试验： • 90°、60°、30°、0°
试件的长度一般在2m左右。
钻柱的纵弯（屈曲） 讲
定向井钻柱屈曲问题的试 验研究
斜直井眼、水平井眼钻柱稳定 性的实验：失稳过程
屈曲过程使一个发展过程。
N
400
45deg 10X1.0 300 0N-m
194.7
200
C
B
225
CLeabharlann 221 AB段是一个从临界正弦屈 曲向临界螺旋屈曲的发展；
100
BC段是一个从临界螺旋屈
167.5
A 61.3 E
111.7 D
曲向完全螺旋屈曲的发展
O
47.1
A点：正弦屈曲临界点； B点：螺旋屈曲临界点；
B
109.1
O
0
E F74.5
F
E 98.6
O
100.79
G
0
1
2
3
0 0
G
1
2
3
mm
mm
钻柱的纵弯（屈曲）
定向井钻柱屈曲问题的试验研究
斜直井眼、水平井眼钻柱稳定性的实验
钻柱受力与疲劳强度校核研究
。 捌 ＿ 一＝ √ 一 ＋ ３ ｒ 眦 （ １ ｏ ）
Ｏ ＇ ｅ ｑ ＝ √ ＋ ３
所以 平均应力 Ｏ ＂ ｍ 及应力幅ｏ 分别为： １ ， 、（ １ １ ）
Ｍ ＝９ ５ ４ ９ Ｎ／ ｎ （ ３ ） 式中： Ｍ一钻柱所受扭矩， Ｎ ｍ； 当转 速ｎ ＜ ２ ５ ０ ｒ ｐ ｍ时， 采用钻 井力学教材 推荐的公式是比较准确
任意一点轴 向力＝计算点 以下钻 具总重 量一（ 所有钻具 的浮力＋钻 压） ， 即：
＝
（ １ ０ ＃ Ｔ 吼 一 一 等 ∑‘ ・ ４） ／ Ａ ＃ （ ２ ）
Ｉ ＝ １ １ｕ ｉ ＝Ｉ
式中：ｏ 一计算点轴向应 力， Ｐ ａ ， Ｌ ＂ ＃ ＿ Ｆ 一计算点以下各段钻 柱长 度， ｍｌ ｑ ｉ — 对 应的钻具线密度， ｋ ｇ ／ ｍ， Ｐ ｂ － 钻压 ， Ｎ ｌ Ｐ 一 泥浆密度 ， ｇ ／ ｃ ｍ Ｉ Ｌ ｉ －整体钻具各段长度， ｍ｝ Ａ — 对应钻具截面积 ， ｍ ； ＊ ＃ 一 计算点钻具截面积 ， ｍ 。
２ ． 钻柱轴 向力的计算
｝
２ ． １ 判断轴 向应力零点位置 通过判断零轴力点， 在 其上下段分别采用不同的计算办法 。 零 轴力 点非常重要 ， 是组配钻具、 加装消震器等井下工具 时的主要参考。 可通过 １ （ １ ） 式计 算。
ｒ
一
＋ Ｏ ． ９ ８ ｌ ｐ ￣（ Ｈ —ｈ ） Ａ ｔ 一（ 一ｑ ｔ ） ＾ ＋０ ． ９ ８ １ Ｐ泥 浆
一
ｑ ：
‘ ）
√
Ｊ
— 一
ｌ ｒ Ｄ （ １ 一 ）
３ ２
： ｄ （ ９ ）
Ｄ
ｃ
算 方 法 如 下：
混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究.
第19卷第2期(总第44期)中国铁道科学1998年6月混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究李永强车惠民(铁道部科学研究院)摘要:,证明了变幅疲劳荷载的大,当疲劳荷载由小变大时,累积损伤量大于1,当疲劳荷载由大变小时,累积损伤量小于1,P—M线性累积损伤准则不适于混凝土弯曲疲劳破坏,同时验证了非线性疲劳累积损伤理论的合理性。
关键词:混凝土弯曲疲劳累积损伤试验1引言在工程应用中,钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构一般承受静载作用,但工程中还有许多如铁路桥梁、公路桥梁、吊车梁及海洋平台等结构除了承受静载作用外,还要经常承受重复循环荷载作用。
随着这些经常承受重复荷载作用的结构应用的日益广泛,以及高强混凝土、高强钢筋的广泛应用,许多构件处于高应力状态下工作,使得混凝土结构的疲劳成为不可忽视的问题。
在以往的混凝土疲劳性能研究中,研究重点主要是研究混凝土在等幅重复应力作用下的疲劳强度,得出计算等幅重复应力作用下疲劳寿命的S—N曲线。
在这些试验中,混凝土应力是一个随时间等幅周期性变化的荷载函数。
但在实际工作中,钢筋混凝土及预应力混凝土结构承受的荷载是一个随时间而变化的变幅荷载(例如由风、海浪、车辆、地震等引起的荷载就属于这种类型),实际结构的疲劳破坏往往是由变幅重复荷载引起的,因此除了研究混凝土材料在等幅重复应力作用下的疲劳性能外,还应在其基础上研究混凝土材料在变幅重复应力作用下的疲劳性能。
近年来,一些国家开始进行混凝土材料在变幅重复荷载作用下的疲劳性能研究,其研究重点主要是P—M线性累积损伤准则的适用性,但迄今为止仍未得出一个较统一的结论。
有些研究者认为该准则由于不考虑加载顺序的影响,利用它判断混凝土在变幅重复应力作用下的疲劳破坏偏于保守或偏于危险;另外一些研究者认为,可以不考虑加载顺序的影响,该准则可以运用。
基于这些原因,我们进行了混凝土试件在等幅和变幅循环荷载作用下的弯曲疲劳试验,探讨和研究了P—M线性累积损伤准则的适用性,进而对混凝土非线性累积损伤理论的合理性作了进一步的验证。
钢筋混凝土柱疲劳损伤性能研究
钢筋混凝土柱疲劳损伤性能研究摘要：混凝土是现代建筑工程中最重要的结构材料之一。
许多混凝土结构除受静力荷载作用外，还受到循环荷载的作用，这使得混凝土结构的疲劳破坏成为一个广泛关注的问题。
所以研究混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤规律，为混凝土结构的疲劳设计、检测与加固提供方法与依据，保证混凝土结构的疲劳安全，是一项很重要的课题。
关键词：混凝土疲劳1、国内外研究现状混凝土结构是当今世界上使用最为广泛的结构形式之一。
有些混凝土结构如桥梁、高速公路路面、飞机跑道、核电站安全壳、重力式采油平台等大型混凝土结构，除承受静力荷载作用外还受到车辆、飞机、核动力以及风、波浪、水流等周期性或非周期性交变荷载的反复作用。
试件或构件在反复荷载的作用下，材料内部产生随时间变化的交变应变与交变应力。
经足够的应变或应力循环后，损伤累积可使试件或结构材料产生裂纹，并使裂纹扩展，形成小片脱落或断裂形式的低于静强度的疲劳破坏。
当前混凝土结构疲劳研究的主要问题可分为三个方面。
从荷载方面，建立吊车梁、火车车辆、海洋平台等的荷载谱是进行可靠度分析的基础。
目前这方面的工作正在进行。
材料方面，研究混凝土的多轴疲劳强度是一个热点。
因为工程实际中，混凝土的疲劳不仅在一个方向，有时两个方向，甚至三个方向均受到疲劳作用。
国际上，一些文献进行了双轴压及双轴拉压疲劳。
国内，大连理工大学进行了系统的双轴及三轴定侧压下的疲劳试验。
另外变幅疲劳和随机变幅疲劳也是材料疲劳特性的研究热点。
从分析理论方面，随着疲劳全过程分析和变幅疲劳的发展，产生了疲劳本构模型、疲劳累计损伤本构模型、概率理论和可靠度理论的应用。
近几十年，超声无损检测技术在检测混凝土强度、厚度、材料疲劳损伤和材料内部缺陷等方面有了更多的应用。
国内，采用超声波法、敲击法以及钻孔渗水试验相辅验证的综合检测方法，定量评价钢管混凝土的钢管内壁与混凝土之间是否密贴或者脱粘的程度。
用超声波检测不同龄期的混凝土强度，用超声波对测法对受硫酸盐腐蚀的混凝土强度进行了检测，建立了超声声速与受腐蚀混凝土强度之间的函数关系，为用超声波法检测受腐蚀混凝土强度提供了数学依据。
全尺寸疲劳试件疲劳断口分析
全尺寸疲劳试件疲劳断口分析胡艳华;牛虎理;刘剑【摘要】针对Φ323.9 mm×18 mm的X65钢质海洋隔水管,开展了多接头四点弯曲+内压全尺寸疲劳试件试验研究,并采用高清相机、三维视频显微镜对试件疲劳断口进行宏观和微观分析.研究表明,试验用全尺寸疲劳试件焊接接头中存在未熔合等不连续性缺陷,疲劳试件疲劳抗力的薄弱部位分别为管道内表面的焊趾与外表面两条焊道的结合位置,而焊缝区疲劳裂纹扩展路径较为曲折,因而具有较好的抗疲劳裂纹扩展性能.最后建议,通过采取加宽对接接头间的间隙、清洁坡口污染物等措施,可以防止内表面附近的焊接未熔合问题;通过降低管道内表面焊缝余高,打磨外表面焊缝,以减小形状不连续导致的应力集中,最终可提高试件的抗疲劳寿命.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2019(045)003【总页数】4页(P48-51)【关键词】海洋隔水管;全尺寸疲劳试验;疲劳断口分析;高清相机;三维视频显微镜【作者】胡艳华;牛虎理;刘剑【作者单位】中国石油集团工程技术研究有限公司, 天津 300451;中国石油集团工程技术研究有限公司, 天津 300451;中国石油集团工程技术研究有限公司, 天津300451【正文语种】中文疲劳断裂是焊接结构最常见的失效机制之一[1]。
由于疲劳破坏是低应力作用下损伤累积的结果，使得各种因素对疲劳破坏的影响十分敏感。
所有焊接接头均含有缺陷或不连续区域，其形式为几何尺寸缺陷或冶金缺陷，如各种裂纹、未熔合、高硬度部位等；而这些缺陷又常位于应力集中处，因此研究焊缝接头形式及焊接缺陷对于提高对焊接结构疲劳断裂过程的认识有重要意义。
疲劳断口记录了断裂过程的许多信息。
由于应力条件差异，疲劳断口有其独特的特征，而这些特征又会受到材料本身的性质、应力大小及状态、环境因素的影响而发生变化，所以疲劳断口的分析是研究疲劳断裂机理、分析断裂原因的重要手段之一。
根据疲劳裂纹的形成及扩展过程，典型的疲劳宏观断口可分为三个区域：疲劳源、稳扩区和瞬断区[1]。
钻柱涡动情况下疲劳损伤浅析
Ａ ｂｓｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｄ ｕ ｏ ｈｅ ｂ ｄ ｗｏ ｋｉ ｏｎ ｔｏｎ ，ｆ ｔｇ ａ ａ ｃ ｍ ｅ ｈｅｍ ａｎ ｆ ｍ ｆｄ ｉｌｔｉ ｇ ｆ ｌ ｅ ｅ ｔ ｔ ａ ｒ ｎｇ ｃ ｄｉｉ ｓ ａｉ ｕｅ ｄ ｍ ｇｅｂｅ ｏ ｓ ｔ ｉ ｏｒ ｏ ｒｌｓｒｎ ａｉ ｕｒ ．Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｉ ｇ ｔ ｈ ｎｃ ｅ ｓｎ ｕｎ ｒｔｎｄｉｇｓｏｆｄ ｉｌｔｉ ｏ ｋ ｅ ｖｉｏｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ｙ ｎｄｐｒ ｃｉ ｅｐ ｏｖ ｓｔ ｔｆ ｔｇｕ ｍ ａ ｅｉ ｕｍ ｕ ａｉ ｅｐｒ ｃ ｓ ， ｈｉｈ ｉ ｅａｅ ｄｅ ｓａ ｎ ｒｌｓｒｎｇｗ ｒ ｎ ｒ ｍ ｎ ， ｈ ｏｒ ａ ａ ｔｃ ｒ ｅ ｈａ ａ ｉ ｅｄａ ｇ ｓａｃ ｌ ｔｖ ｏ ｅ ｓ ｗ ｃ ｓｒ ｌｔｄ
ｔ ｅｆ ｘ ｒ ｌ ｏ ｓｏ ａ ｌ ｍａ ｅｂ ｎ ｉ ｇ ｓｒ ｓ ｃ ｅ ｎ ｄ ｉ ｓｒｎ ． ｈ ｃ ａ ｉａ ｄ ｌ ｆ ｉｌｄ ｄ ｉ —ｔｉ ｇｉ ｓ ｂ ｉｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｏｔ ｅ ｕ ａ — ｒ ｉ ｎ ｌ ｔ ｈ ｌ ｔ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｎ ｅ ｓａ ｔ ｄｏ ｒｌ ｔ ｇ Ｔ ｅｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｔ ｌ ｉ ｍｏ ｅ ｒ ｒｌ ｓｒ ｅ ｔ ｌ ｅ ， ｎ ｏ ｗｈ ｅ ｌ ｎ ｓ ａ ｓ ｈ ｓｒ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｅａｔ ｒ ｔ ｅｂ ｎ ｉ ｇ ｓｒ ｓ ｆ ｈ ｒｌ ｓｒｎ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒＡｔｈ ｒ ｃ ｉ ，ｈ ｌｓｉ ｅ ｏ ｍ ａｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｓ ｐ ｃａ ｌ ｔ ｌ ａ ｉ ｅ ｄｎ ｔｅ ｓｏ ｅｄ ｉ —ｔｉ ｇｉ ａｙ ｅ ｔ ｓ ａ ｅ． ｅ ｃａ ｋ ｔ ｔ ｅｐ ａ ｔ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｅ ｅ ｙｈ ｅ ｖ ｔ ｌ ａ ｎｈ ｔ ｐ ｃ ｏ ｈ
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一38 —石油机械CmNAPETROLELMMACmNERY 2017 年第45 卷第 5 期◄钻井技术与装备►全尺寸钻柱弯曲疲劳损伤试验研究程彩霞1樊建春1胡治斌1高维骏1吴家风1刘书杰2何英明2(1.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院2.中海油研究总院）摘要：以往有关钻具疲劳损伤的研究多为模型模拟或小尺寸试验，不能准确反映全尺寸钻柱 的疲劳损伤。
为此，在四点弯曲疲劳试验的基础上，采用全尺寸钻柱作为试验试件，通过磁记忆 检测技术对试件的应力状况进行检测分析，以此来描述钻柱损伤的演变过程。
分析结果表明：在全尺寸钻柱四点弯曲疲劳试验过程中，循环加载后在中间段管体位置发生断裂，断裂过程中，不同的循环次数对应的磁记忆信号梯度峰值呈现出稳定阶段、裂纹萌生阶段和裂纹扩展失效断裂阶 段。
当循环82000次时，管体部位信号梯度最大值达到1.14V/m m，之后随着循环次数的增加，磁记忆信号梯度峰值迅速增大，当循环85000次时，钻杆发生完全断裂。
研究结果对预防钻柱断 裂具有一定的参考作用。
关键词：全尺寸钻柱；磁记忆信号；信号梯度；疲劳损伤；四点弯曲；循环载荷中图分类号：T E921文献标识码：入如：10.16082/】.（:吐[^吼.100卜4578.2017.05.007 Test on Bending Fatigue Damage of Full-size Drill StringCheng Caixia1Fan Jianchun1Hu Zhibin1Gao Weijun1Wu Jiafeng1Liu Shujie2He Yingming2(1. College o f Mechanical and Transportation Engineering,China Uni v ersity o f Petroleum,(Beijing)；2. CNOOC Research Institute)Abstract：In the past,the study on the fatigue damage of drill string was mostly modeling or small-scale test，which could not accurately represent the fatigue damage of full-bore drill string.Based on the four-point bending fatigue test,taking the full-size drill string as the test specimen,magnetic memory detection technology has been used to detect and analyze and the stress condition of the specimen，so that to describe the evolution process of drill string damage.The results show that，during the four-point bending fatigue test of the full-size drill string，the pipe cracks at the middle of the pipe body after cyclic loading.During cracking，the peak value of the magnetic memory signal gradient corresponding to the number of cycles showed stable stage，crack initiation stage and crack propagation failure fracture stage.When the cycle times are82 000，the maximum signal gradient of the pipe body reaches 1. 14 V/mm.Then，the peak value of the magnetic memory signal gradient increases rapidly with the number of cycles.When the cycle is85 000，the drill pipe is completely broken.The conclusion could provide a certain reference on the prevention of drill string crack.Keywords：full-size drill string；magnetic memory signal;signal gradient;fatigue damage;four-point bending；cyclic load0引百钻具在长期服役过程中，所受工况比较恶劣，承受的载荷比较复杂，在钻井过程随时可能发生刺 穿和断裂等破坏事故，造成重大经济损失，严重影响钻井进度。
国外统计结果表明：每起钻井中由于 钻具原因而造成的平均损失为10.6万元，约占全 部钻井过程成本的14%m。
因此，研究钻具的疲 劳损伤过程对评估钻杆的状态和预防事故发生具有 重要意义。
由于钻柱在井下的载荷性质、加载次序、应力*基金项目：中海油科技项目“中海油井的完整性技术体系研究”（YXKY-2015-ZY-09)2017年第45卷第5期程彩霞等：全尺寸钻柱弯曲疲劳损伤试验研究一 39 —状态、温度和环境介质等不尽相同，完全模拟现场 工况十分困难，四点弯曲试验是ISO 13679标准中 油井管接头评价试验中的一项，是油井管接头的典 型工况，在钻井过程中钻柱也有类似工况。
以往的 研究中由于钻杆屈服强度大和接头载荷不均等技术 原因，多为模型模拟或小尺寸试验，不能准确反映 全尺寸钻柱的疲劳损伤。
为此，笔者在四点弯曲疲 劳试验基础上，采用全尺寸钻柱作为试验试件，以接近真实的工况，通过磁记忆检测技术对试件的应 力状况进行检测分析，以此来描述钻柱损伤的演变 过程。
1试验介绍1. 1试验原理在疲劳试验中，为了对不同循环次数的钻柱进 行扫描检测，笔者采用无损检测方法进行了磁记忆 检测。
基本原理为：铁磁性物质在承载条件下受到 地球磁场的影响，其应力集中区域会发生不可逆的 磁畴重新取向运动而产生磁场。
这种磁效应在工作 载荷消失后仍然存在，并且能够记录应力集中的位 置和大小，通过检测这种磁效应可以对应力状况进 行检测，从而进行早期损伤判断。
当钻具受到四点 弯曲的周期性载荷时，会有应力集中现象产生，通 过磁记忆检测不同疲劳循环次数下钻具的损伤，得 知其应力集中情况。
1.2试件试验采用钢级为S135的钻杆、接头螺纹型号 为N C50的内加厚钻具（0127m m x9.19 m m)。
钻 具化学成分及力学性能执行标准为A P I S p ec 5D P。
内、外接头对接合为1个试件（见图1)。
试件的 化学元素质量分数和力学性能参数分别如表1和表 2所示。
图1试件示意图Fig. 1Schematic diagram of the test piece表1试件的化学元素质量分数％Table 1Mechanical properties of the test piece %元素C M n P S C r M o Si质量分数 0. 260 0. 850 0. 009 0. 002 0. 990 0. 410 0. 230 1.3试验设备根据试验要求，选择的加载设备是疲劳试验 机，采用中国石油集团工程技术研究院海洋工程重 点实验室自行设计研制的全尺寸疲劳试验系统进行试验研究。
表2试件力学性能参数Table 2 Mechanical properties of specimens 部位屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率/%加厚带87097018.5接头827-1 13896513.0管体931-1 138100014.0该疲劳试验系统主体为卧式结构，主要由主机 架、伺服作动机构、可移动支座及管道夹具等部分 组成。
可移动支座可以在钻柱上移动，以满足跨距 的调整；为保证钻柱弯曲疲劳过程中受力恒定，不 受附加载荷的影响，可移动支座中的夹圈和铸钢支 架采用铰接的方式。
通过该设备完成钻具四点弯曲 加载试验。
采用实验室自制的磁记忆检测仪对加载一定循 环次数后的钻具进行检测。
磁记忆检测仪分为控制 系统与执行系统，其中控制系统包括控制器、驱动 器和调速器等；驱动器为检测仪提供动力源；调速 器控制检测仪的移动速度；控制器改变移动方向。
执行系统包括电机、检测环、无线路由器及采集 卡，电脑完成检测数据的储存与分析。
磁记忆检测 仪通道数为16通道，呈现出圆形均匀分布，达到 对管体的全面检测，采样频率为单通道300H z，检测速度为100m m/s。
1.4试验条件试验通过四点弯曲对钻具进行疲劳加载。
对于 弯曲加载：试验波形选取正弦波，2个作动器同步 动作（即相位角为0°)，加载载荷为6 k N，加载频 率为0.6H z，加载幅值为390M P a。
对于内压加 载：对管内进行注水，水量为充满整个管道内部，水压为自然状态下的自来水压力。
选择的夹具位置 左、右两端长度为1.5m。
中间段长度为1.7m。
图2为钻杆疲劳损伤试验原理图。
2 3 4 5 61一底座；2、6—可移动支座机构；3、5—伺服作动机构；4 一液压缸。
图2钻杆疲劳损伤试验原理图Fig. 2 Schematic diagram of drill pipe fatigue damage test 1.5试验步骤(1)将S135全尺寸钻杆内、外接头对接形成—40 —石油机械2017年第45卷第5期整根钻杆；(2) 安装试件，利用叉车将钻杆放到主机单元， 保证排气阀位置垂直向上，试件两端密封并注水；(3)按预定频率循环加载，监测相关参数， 一定循环次数后对钻杆进行检测，平均循环间隔次 数为4 000次，加载至泄漏，记录循环次数；(4) 泄压、卸载，卸试样，现场检测试样。
2受力分析在正常钻进过程中，由于离心力的作用和井眼偏斜使钻柱产生弯矩，进而导致钻柱弯曲。
弯曲的 钻柱在旋转时要承受交变弯曲应力，试验的弯曲应 力采用2个等大同步的外力F 来加载，2个伺服作 动器及两端的支座对称分布。
钻柱力学模型[2]如 图3所示。